Medición Energia Solar

ESTIMACION Y MEDICION DE LA RADIACION SOLAR
Capítulo 4 4.1 CÁLCULO DE LA RADIACIÓN DIRECTA SOBRE UNA SUPERFICIE HORIZONTAL. Un caso particularmente interesante, para el cálculo de la radiación directa (irradiancia e irradiación), es el que se refiere a una superficie horizontal. Combinando algunas de las ecuaciones anteriores (2.1 y 3.2), tendremos que la irradiancia directa, sobre un planohorizontal es:

  360 n  G o = G sc 1 + 0.033 cos  cos θ z  365  

(4.1)

donde Gsc es la constante solar, n es el número de día del año y Θz es el ángulo cenital. Combinando esta expresión con la del coseno del ángulo cenital, se obtiene la ecuación para la irradiancia directa sobre un plano horizontal, en cualquier fecha (n,δ ), cualquier lugar (φ ) y cualquier hora (ω):

  360n  Go = G sc 1 + 0.033 cos (sen φ senδ + cos φ cos δ cos ω )  365  

(4.2)

Integrando esta ecuación, desde la salida hasta la puesta del Sol, se obtiene la irradiación a lo largo de un día, Ho. Sólo es necesario calcular previamente el ángulo horario a la puesta del Sol, ωs, como se indicó anteriormente (ecuación 3.8):

Ho=

24 x 3600 G sc  2 π ωs  360 n    1 + 0.033 cos 365   cos φ cos δ sen ωs + 360 senφ senδ  (4.3) π     
-2

En esta ecuación, la irradiación Ho está dada en J m . Por último, una expresión para calcular la irradiación incidente en un plano horizontal, Io, desde un tiempo inicial hasta un tiempo final, con -2 ángulos horarios ω1 y ω2, respectivamente, en J m , es:

Io =

12 x3600 G sc π

360 n   1 + 0.033 cos 365   (4.4)

x cos φ cos δ (sen ω2 - sen ω1 ) +  

2 π ( ω2 - ω1 ) sen φ senδ   360 

4.2 ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN EN UN DÍA DESPEJADO. Hasta ahora sólo hemos calculado la radiación extraterrestre. La atmósfera ejerce un efecto de redistribución de la radiación que recibe del Sol. Por ejemplo, en un día muy despejado, una parte relativamente pequeña se convierte en radiación difusa,mientras que la mayor parte permanece como directa. La radiación difusa, en un día despejado, es la que proviene del cielo azul. En cambio, en un día nublado, la redistribución de la radiación es mucho más notable. Las nubes densas tienen un albedo (fracción de energía reflejada) muy alto, lo cual hace que, en un día densamente nublado, una gran parte de la radiación solar se refleje al espacioexterior. Además, la energía que logra pasar a través de las nubes, es únicamente radiación difusa. Es muy difícil desarrollar modelos para predecir con precisión la presencia de nubes (posición, densidad, etc.). Existen modelos para predicción de "días promedio" en cierta fecha, pero no para fechas específicas. Por otro lado, desde el punto de vista del aprovechamiento de la energía solar, no esinteresante la predicción para fechas específicas, pese a que para los meteorólogos éste sea un reto interesantísimo. En cambio, existe una diversidad de modelos para estimar la radiación solar para días despejados. Básicamente, estos modelos aplican un factor de transmitancia a la radiación extraterrestre. Así, las ecuaciones para la irradiancia e irradiación en períodos cortos, quedan de la siguienteforma. Para la irradiancia directa (sub b), normal a la superficie de interés (sub n), en una atmósfera clara (sub c), se tiene G cnb:

G cnb = τb Gon

(4.5)

Por otro lado, para estimar la irradiancia directa sobre una superficie horizontal en una atmósfera clara, se usa G cb, dado por la ecuación:

G cb = τb G on cos θ z = τ b G o

(4.6)

Para períodos de una hora (pero no para todo eldía), es posible también usar el mismo factor de transmitancia para estimar la irradiación en un día despejado:

I cb = τ b I on cos θ z

(4.7)

Como puede suponerse ahora, el problema consiste en el cálculo o la estimación de la transmitancia atmosférica para la radiación directa, τb y para la difusa, τd. Existen varios modelos para ello. En este curso utilizaremos el que se conoce como...